时间相关单光子计数法测量生物组织光学参数
时间相关单光子计数荧光寿命测量中数据获取和处理
第18卷 第2期核电子学与探测技术Vo l.18N o.21998年3月N uclear Electr onics &D etectio n T echno lo gy M ar ch 1998时间相关单光子计数荧光寿命测量中数据获取和处理龚达涛 刘天宽 虞孝麒 沈广德 施朝淑 邓杰 杨炳忻(中国科学技术大学近代物理系,合肥,230027) 本文介绍了时间相关单光子计数荧光寿命测量中的数据获取系统和数据分析方法。
关键词:时间相关单光子计数 荧光寿命 最小二乘曲线拟合 多指数函数拟合1 引言时间相关单光子计数技术[1]是测量纳秒级荧光寿命的一种方法,具有时间分辨好,灵敏度高等优点,在物理学、化学、生物医学等领域有广泛的应用。
下面介绍我校物理系和近代物理系合作建立的一套时间相关单光子计数荧光寿命测量系统中的数据获取系统和数据处理方法。
图1 脉冲放电光源作为激发源的荧光谱仪的系统组成框图2 数据获取系统使样品产生荧光的激发源可以是激光、脉冲放电光、同步辐射光、放射源等。
图1是脉冲放电光源作为激发源的荧光谱仪的系统组成框图。
激发光单色仪和荧光单色仪分别选取合适波长的激发光和出射荧光。
调节光通量使进入光电倍增管的荧光为单光子。
样品发射荧光经光电倍增管、快放大器、恒比定时甄别器作为时幅变换器(TAC )的启动信号(START ),脉冲光源的光经光电倍增管、快放大器、恒比定时甄别器、延时器作为TAC 的停止信号(ST OP)。
用荧光作T AC的启动信号可避免有激发光无荧光时T AC 超时引起的死时间。
模数变换器(ADC )、微机输入接口卡和微计算机组成了计算机化的多道分析器,用以测量样品的荧光衰变时间谱。
微机输入接口卡还通过对两个恒比定时甄别器的输出信号计数来测量激发光和荧光的计数率,以监测样品的荧光激发效率。
其中微机输入接口卡是我们自行研制的。
荧光谱仪的时间分辨主要由光电倍增管、快脉冲放大器、恒比定时甄别器、TAC 、ADC 等部件的时间晃动决定。
生物医学光学中NADH荧光检测技术的发展
生物医学光学中NADH荧光检测技术的发展张瑞;黄玉广;裴应玫;党昱东;张知;张建保;张镇西【摘要】As NADH(reduced nicotinamide adenine dinucleotide) has been discovered over five decades since 1962,the using of NADH and its technique for medical diagnosis and medical testing methods emerge in an endless stream,the field is also expanding.From the current research results,NADH has played an important role in the field of modern medical diagnosis and detection because of its unique nature.Especially in the area of non-destructively monitoring brain activity in real-time,recognizing different kinds of brain tissue clearly and effectively,resisting cells radiation damage,resisting the apoptosis induced by radiation,regulating many balances in the human body and regulating human body biological clock.This paper will focus on the important areas of the breakthrough in NADH researches and adhibitions.%NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)自1962年被发现至今已有五十多年了,在此期间,运用NADH及其相关技术进行医疗诊断与医学检测的方式不断发展,领域也不断扩大.从当前的研究成果来看,NADH 因为其独有的性质在现代医学诊断与检测领域发挥了极大的作用,如实时、无损地监测脑部的活动;清晰、有效地识别不同种类的脑组织;抗细胞辐射损伤;抗辐射诱导的细胞凋亡;进行人体内的诸多平衡调节及人体生物钟调节等.本文将重点介绍在重要领域中的NADH研究和应用的突破.【期刊名称】《激光生物学报》【年(卷),期】2016(025)006【总页数】10页(P481-490)【关键词】NADH;荧光检测;生物医学;医疗仪器【作者】张瑞;黄玉广;裴应玫;党昱东;张知;张建保;张镇西【作者单位】西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院陕西西安710049;西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室、生物医学分析技术与仪器研究所陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】R318.51现代医学诊断主要依赖于化验项目和各种医疗仪器对病灶进行精准定位与判断，以及对组织病理生理状态的实时多参数评价。
时间相关单光子计数
如何 ?
光学特性
光学参数
从图中可以看到大约在 650-900nm有一个吸收 窗口，在这个波段内对 光的吸收很少，因此， 可以对组织用近红外进 行照射，此时可以光子 可以透过组织并探测到。
各种组织成分的吸收光谱
扩散光扩散方程[7]
其中： μa是散射系数, g是向异性因子, μs’是约化散射系 数μeff是衰减系数，I0是初始光源强度，R漫射(反射)光 强度，ρ光源到探测器距离，zo，zb，μeff，rl，r2都是μa， μs’的函数。
3.其他应用
1.光谱仪 成果： 亚纳秒荧光测量系统（中国科学院长春光学机械与物理研究所 2004） 皮秒时间相关单光子计数光谱仪研制（中国科学院长春光学机 械与物理研究所2003） 应用： 广泛应用于冶金、铸造、机械、金属加工、汽车制造、有色、 航空航天、兵器、化工等领域的生产过程控制，中心实验室成 品检验等，可用于Fe、Al、Cu、Ni、Co、Mg、Ti、Zn、Pb等多 种金属及其合金样品分析。可对片状、块状以及棒状的固体样 品中的非金属元素（C、P、S、B等）以及金属元素进行准确定 量分析。
多波长荧光实验
对若丹明6G和荧光素的混合物，同时记录得到的荧 光强度随时间和波长变化的曲线
时间相关单光子技术测荧光寿命的优缺 点
优点：在于灵敏度高、 测定结果准确、 系统误
差小， 是目前最流行的荧光寿命测定方法。
缺点：但是这种方法所用仪器结构复杂、 价格
昂贵、 而且测定速度慢， 无法满足某些特殊体系 荧光寿命测定的要求。
相对均匀的组织μs’可视为常数[2]
时间相 关单光 子计数
R
μa
光学特性
主要应用
乳房层析成像
例：乳腺癌检测[8] 脑成像 例：早产儿血样动力变化成像[9] 肌肉与骨骼的研究 例：骨骼的光学实验，肌肉组织中的血流动力学 和氧动力学的检测（例：心肌细胞动力研究[10]）
基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术
）≈ 〈 ） 〉 犘 狋 狋 λ（ ｆ（ 根据式 （ ） ， 得 ３ ）≈ 〈 ） 〉＝α〈 ） 〉 犘 狋 狋 犐（ 狋 λ（ ｆ（ 式中 ： 〈 ） 〉 为平均 光 强 ， 在［ 区间为超快速变化荧 犐（ 狋 狋 狋 ０， ｍ ａ ｘ］ 光光场衰变曲线 。 所以只要测得单个光电子到达时间概率 分布 ， 也就得到了微 弱 光 场 衰 变 曲 线 。 利 用 窗 口 鉴 别 器 开 设时间窗口 ，可以很方便地测量激发后不同 时 间区 间 的 荧 光光谱 ，就得到 了 时 间 分 辨 荧 光 光 谱 ， 如 图 １ 所 示。 要 对 样品进行荧光寿 命 成 像 ，必 须 逐 点 测 量 样 品 的 荧 光 寿 命 ， 把测量结果进行存储 ， 处理形成荧光寿命图像 。
］ ５ 波长的光子分布和图像坐标 ［ 。 色阶分布图存储器的地址 。 这样在存储器中建立起关于时间 、
时间测量通道的一个甄别器 Ｃ 另一个甄别 Ｆ Ｄ 接收探测器 的荧 光光子 到 达 的 时 间 作 为 起 止 时 间 ， 图 ２ 中 ，
第８期
盛翠霞等 ： 基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术
结合应用于荧光寿命成像 。
１ 荧光寿命成像理论分析
处于激 发态的 荧光 分子 在 荧光寿命是指分子受到光脉冲激发后返回基态之前在激发态平均停留的时间 ， 退激发到基态的过程中发射荧光释放能量 ， 激发态荧光团荧光强度的衰减用数学式表达为单指数函数
狋 ）＝犐 （ （ ） 犐（ 狋 ｅ ｘ １ － ） ｐ ０ τ 式中 ： ） 是样品受到光脉冲激发后狋 时刻测量得到的强度 ； 是 分子 的 犐（ 狋 犐 ＝０ 时的强 度 ； τ 为平均 荧光寿 命 ， ０ 是狋 ［ ７］ 特征值 ， 定义为荧光强度衰减到初始值犐 ／ 荧光的 发射是一个 统计过 程 ， 很 ｅ时所需要的时间 。 实际上 ， ０ 的１
bh时间相关单光子计数手册
Wolfgang Beckerbh时间相关单光子计数手册第四版时间相关单光子计数模块Time-Correlated Single Photon Counting ModulesSPC-130 SPC-134SPC-140 SPC-144SPC-150 SPC-154SPC-630SPC-730SPC-830Multi SPC Software目录BH公司的时间相关单光子计数（TCSPC）仪器概览 (1)TCSPC装置的基本特征 (1)TCSPC模块的种类 (2)Simple-Tau 笔记本电脑TCSPC 系统 (6)其他时间相关光子计数装置 (6)BH TCSPC模块的测量方式 (9)BH DSC-120 共焦扫描荧光寿命成像（FLIM）系统 (18)用于Zeiss LSM 510 激光扫描显微镜的FLIM系统 (21)用于徕卡SP2及SP5激光扫描显微镜的FLIM系统 (25)用于奥林巴斯FV300及FV1000系统的FLIM系统 (26)用于尼康C1和A1的扫描头的FLIM系统 (27)皮秒激光器 (27)探测器 (29)探测器的电路 (32)连接电路 (33)仪器软件 (34)数据分析软件 (35)经典时间相关单光子计数 (37)单光子探测 (37)时间相关单光子计数 (37)经典TCSPC结构 (41)多维TCSPC (45)多探测器及多波长TCSPC (47)多维TCSPC (51)序列记录 (52)TCSPC扫描FLIM技术 (55)时间标记记录 (57)时间标记模式的成像 (59)ps和ns范围的FIFO成像 (59)微秒时间成像 (61)多模块TCSPC系统 (62)BH TCSPC模块的结构 (65)基本原则 (65)恒比定时器（CFD）及同步（SYNC）电路 (65)时幅转换器（TAC） (66)模数转换器（ADC） (66)存储控制 (67)制作模块的细节描述 (72)探测器（开始）通道中的CFD (72)SPC-x00系列 (72)SPC-x30系列................................................................................. .. (73)同步（终止）通道中的CFD (74)SPC-x00系列 (74)SPC-x30系列 (75)时幅转换器 (76)模数转换 (78)ADC误差的校正 (78)可变ADC的分辨率 (79)ADC的缩放 (80)TCSPC的探测器 (81)探测器的基本原则 (81)常规光电倍增管（PMT） (81)通道板及微通道光电倍增管（PMT） (81)PMT的阴极 (82)单光子计数型雪崩管 (84)探测器的参数 (85)增益 (85)单电子响应（时间） (86)脉冲高度的分布 (86)信号渡跃时间 (88)渡跃时间扩散及时间抖动 (88)光阴极（量子）效率 (89)暗计数率 (91)后脉冲 (92)前脉冲 (93)可选择的探测器的描述 (94)MCP PMTs (94)Hamamatsu R5600及R7400 小型PMT (95)H5783及H5773 光敏模块 (96)PMH-100及PMC-100 (97)Hamamatsu H7422 (98)Hamamatsu H7421 (99)HPM-100-40和HPM-100-50探测器 (99)单光子计数雪崩管 (106)SPAD-8八通道SPAD模块 (108)前置放大器及探测器的控制 (111)前置放大器 (111)DCC-100探测器的控制器 (112)电磁屏蔽 (114)安全使用探测器的建议 (118)BH TCSPC模块的安装 (121)基本要求 (121)软件安装 (121)首次安装 (122)安装动态连接库（DLL）及Lab View库 (122)软件更新 (123)从网页上更新 (124)新软件组件的安装 (124)软件修复 (125)卸载TCSPC软件包 (125)硬件安装-单一SPC 模块 (125)驱动器的安装 (126)硬件安装-多SPC模块 (126)软件启用 (126)模块测试程序 (127)安装中的问题 (128)在不使用SPC模块的状况下启动SPC软件 (128)SPC模块的操作 (131)探测器及参比信号的输入 (131)参比信号的产生 (131)延迟终止操作 (133)随机信号的同步 (134)系统连接 (135)单一探测器系统 (135)多探测器系统 (138)使用触发 (141)去除线缆干扰 (143)荧光寿命成像（FLIM）系统 (144)TCSPC FLIM系统的基本原理 (144)TCSPC 在激光扫描显微镜的应用 (147)用于共聚焦及多光子激光扫描显微镜的FLIM 系统的模块 (155)单一模块TCSPC FLIM系统 (155)多模块TCSPC FLIM系统 (158)典型FLIM系统的线路图 (158)单一探测器NDD FLIM系统 (159)采用单一TCSPC模块的双探测器NDD FLIM系统 (159)多波长FLIM系统 (159)多模块FLIM系统 (161)其他扫描系统 (162)DCS-120 共焦扫描FLIM系统 (163)基本系统结构 (164)DCS-120系统的连接 (165)采用压电陶瓷扫描平台的扫描系统 (169)第一束光：启动 (171)推荐系统的参数 (171)标准荧光寿命系统的设置 (172)扫描系统的设置 (174)多探测器系统 (178)TCSPC其它应用的设置过程 (178)TCSPC系统的调试（最佳化） (181)基本建议 (181)CFD及SYNC输入的配置 (182)脉冲波形 (182)上升沿的配置（只针对SPC-x00） (183)调整CFD的门限值 (184)CFD的零点值 (189)SYNC参数的最佳化 (190)调整SYNC及CFD线缆长度 (190)调整TAC的参数 (193)TAC的线性度 (194)死时间 (196)计数损失 (198)死时间的补偿 (198)堆积效应 (200)经典的堆积 (200)脉冲内的堆积 (201)阻止堆积效应 (202)高重复频率的信号 (203)激光的倍增 (204)光电倍增管的最佳化 (204)分压器 (205)感光面积 (205)与信号无关的背景噪声 (206)暗计数率 (207)检测PMT的单电子响应时间（SER） (208)PMT的快速检测 (208)光学系统 (209)镜头 (209)吸色滤光片 (210)干涉滤光片 (210)单色仪及多色仪 (210)光纤 (211)挡板（Baffles）及孔径光阑（Aperture Stops） (211)避免光反射 (211)荧光去偏振 (212)再吸收 (214)TCSPC的应用 (215)化学发光淬灭曲线的测量 (215)基于单色仪的系统 (215)时间分辨光谱 (217)基于滤光片的系统 (219)多-光谱时间分辨实验 (220)时间分辨荧光各向异性的测量 (222)锁相TCSPC (225)瞬变荧光现象 (227)叶绿素的瞬变现象 (227)停-流技术 (230)连续流动混合技术 (231)荧光及磷光淬灭的同时检测 (232)时间分辨的激光扫描显微术:原理和应用 (234)使用荧光寿命的原因 (234)生物寿命成像技术的要求 (237)激光扫描显微镜 (241)单光子激发 (241)双光子激发 (242)典型FLIM实验例子 (244)采用半导体激光器作激发光源的共聚焦FLIM (244)多路激发波长 (247)可调激发波长的共聚焦FLIM (247)多光子NDD FLIM (249)多光谱共聚焦FLIM (251)多光谱、多光子NDD FLIM (252)高速多平行通道FLIM.................................... .. (254)时间序列FLIM (257)Z轴扫描 (258)DIC FLIM (260)特殊显微技术 (261)微秒淬灭FLIM: 荧光及磷光混合寿命成像 (261)多光束扫描技术 (264)受激发射损耗显微技术（ST ED) (265)Polygon scanners (265)（显微）平台扫描系统 (267)时间分辨的近场光学（SNOM） (268)FLIM数据采集中的实际操作问题 (270)光漂白 (270)FLIM的采集时间 (271)寿命数据的箱化处理(Binning) (272)图像尺寸对采集时间的影响 (274)多指数衰减函数 (274)IRF 记录 (276)荧光去极化对衰减曲线测量的影响 (278)生物相关FLIM应用 (282)局部环境参数的测定 (282)荧光共振能量转移（FRET） (283)细胞及组织自发荧光的显微术 (291)光敏物的光动力学效应的内在及变换 (296)其他FLIM应用 (296)光学断层扫描（DOT） (298)乳腺扫描 (301)静态脑成像 (303)动态脑成像 (305)灌注检测 (307)其它DOT实验 (310)组织分光光度计 (10)肌肉及骨骼的研究 (311)DOT中的荧光寿命 (311)小动物成像 (312)DOT中的技术问题 (313)光纤中的脉冲分布 (313)激光多路技术 (314)探测器 (314)组织的自发荧光 (318)单点、多波长测定 (318)扫描系统 (319)自发荧光寿命成像 (319)眼科成像 (321)皮秒光子相关 (325)反聚束效应（Antibunching） (326)技术现状 (327)荧光相关（关联）光谱 (328)原理 (328)从TCSPC 数据中计算出FCS曲线 (329)溶液中的FCS (332)活细胞中FCS (332)门控及寿命选择FCS (333)扫描FCS (334)延迟探测器信号的相关 (336)低至皮秒的荧光相关 (336)激光扫描显微镜中的FCS (338)实用技巧 (344)时间分辨的单分子光谱 (352)脉冲整合的荧光寿命(BIFL)技术 (352)多参数荧光检测及分析 (354)单分子荧光共振能量转移（FRET）实验 (359)单分子的识别 (360)时间分辨漂移的校正 (360)光子计数直方图 (361)采用皮秒激光器进行双光子激发 (364)屏障放电 (365)正电子寿命的测量 (366)距离修正（Ranging）系统 (367)探测器的量子效率绝对值的测量 (369)光学示波器 (369)SPCM软件 (371)概览 (371)SPC主界面设置 (371)应用选项 (373)改变设置值 (374)显示及追溯参数 (374)改变显示窗口、尺寸及位置 (375)主面板上显示窗口中的鼠标 (376)数据的追溯 (377)在线显示 (377)系统参数的设置 (378)模块选择（多维SPC系统） (378)状态信息 (378)主菜单 (381)下载面板 (381)储存面板 (383)预定义的设置 (385)多文件显示 (386)数据输出，转换功能 (387)与SPC图像数据连接分析 (390)打印 (390)休眠策略 (391)系统参数 (393)操作模式 (393)单个模式 (394)示波器模式 (395)f(txy) 模式 (396)f(t,T) 模式 (398)f(t,EXT) 模式 (400)f i(T) 模式 (402)fi(EXT) 模式 (404)持续流动模式 (406)扫描同步输出模式 (409)时顺列记录模式 (411)扫描同步输入模式 (412)扫描同步输入持续流动成像 (416)扫描模式显示 (418)FIFO模式 (420)FIFO 模式运行时间的计算 (421)FIFO成像模式 (425)皮秒、纳秒分辨率下的FIFO FLIM (425)微秒寿命成像: MCS FLIM (428)控制参数（光子分布模式） (430)中心条件及过载的处理 (430)步骤 (431)周期及自动存储 (431)堆积 (431)重复 (431)触发 (431)每一步及每一周期后的显示 (432)增/减信号 (432)步进装置 (432)时间控制的参数 (433)取样时间 (433)重复时间 (433)显示时间 (433)死时间的补偿 (434)CFD参数 (434)SYNC参数 (435)TAC参数 (435)数据格式 (437)页数控制 (440)更多参数 (441)多模块SPC系统的参数管理 (442)显示参数 (443)基本显示参数 (443)2D显示参数 (444)3D 显示参数 (444)显示多维数据的子集 (446)不同显示窗口的显示参数 (448)2D Trace 参数 (449)2D曲线模式的参数追踪 (449)2D阻滞模式下的参数追踪 (451)阻滞信息 (452)3D 追溯参数 (453)窗口间隔 (455)时间窗口 (455)X及Y窗口的曲线追溯 (457)扫描XY窗口 (460)自动设置功能 (461)调整参数 (463)产生数据 (463)调整数值 (463)扫描头的控制 (465)基本扫描参数 (465)激光器的控制 (466)预览功能 (466)扫描面积 (467)指定光束位置功能 (468)扫描头的配置 (468)调整激光按钮的名称 (469)Z轴扫描 (469)显示程序 (471)2D显示 (471)鼠标箭头 (471)2D数据处理 (472)3D显示 (473)多维数据显示 (473)指针及缩放功能 (474)3D 数据处理 (476)测量的启动及终止 (477)启动 (477)暂停 (477)中止 (477)退出 (478)数据文件的构成 (479)光子分布模式数据 (479)文件头 (479)文件信息 (480)设置 (480)测量描述语句块 (481)数据语句块 (481)FIFO 数据文件 (483)设置文件 (483)FIFO 数据文件(SPC-600/630,4096 通道模式) (483)FIFO 数据文件(SPC-600/630 256通道模式) (484)FIFO 数据文件(SPC-134, SPC-144, SPC-154, SPC-830) (485)常见问题的解决 (487)如何避免损坏 (487)用SPC测试程序检测模块 (488)对不同的非线性度的基本功能检测 (488)时间分辨率的检测 (489)常见问题 (489)Bh 协助 (495)信号的路由及控制 (496)SPC-600/630 (496)SPC-700/730 及SPC-830 (497)SPC-130，SPC-134 (500)SPC-140，SPC-144,，PC-150，SPC-154 (501)DCC-100 探测器的控制器 (503)规格 (505)SPC-600/630 (505)SPC-700/730 (506)SPC-830 (507)SPC-130/134 (508)SPC-130EM / 134EM (509)SPC-140/144 (510)SPC-150/154 (511)DCC-100 探测器的控制器 (512)最大绝对额定值(适用于所有SPC模块) (513)参考文献 (514)索引 (541)。
时间分辩光谱
时间分辨光谱（Time-Resolved Spectroscopy）是一种研究物质光谱性质的技术，它通过测量物质在受到激发后随时间变化的光谱响应来获取有关物质的信息。
这种技术在许多领域都有广泛的应用，如物理、化学、生物学和材料科学等。
时间分辨光谱的主要原理是利用脉冲光源（如激光）对样品进行短时间的激发，然后通过高速探测器测量样品在激发后随时间变化的光谱响应。
这种方法可以提供关于物质内部过程的动力学信息，例如能量传递、电子转移、化学反应等。
时间分辨光谱技术有几种主要类型，包括：1. 时间相关单光子计数（Time-Correlated Single Photon Counting，TCSPC）：这种方法通过测量单个光子的到达时间来获取时间分辨光谱。
它具有非常高的时间分辨率，通常在皮秒 （10^-12秒）或飞秒（10^-15秒）量级。
2. 泵浦-探测 （Pump-Probe）技术：泵浦-探测技术通过两个或多个光源 （通常是激光器）对样品进行激发。
一个光源 （泵浦光源）用于激发样品，另一个或多个光源 （探测光源）用于测量样品在激发后随时间变化的光谱响应。
这种方法可以用于研究非线性光谱过程和超快动力学过程。
3. 飞秒光谱学（Femtosecond Spectroscopy）：飞秒光谱学是一种利用飞秒激光器进行时间分辨光谱测量的技术。
它可以用于研究超快的动力学过程，如光子学过程、电子转移和化学反应等。
时间分辨光谱在许多研究领域具有重要应用价值，例如：在生物学中，时间分辨光谱可以用于研究光合作用、光敏蛋白质和光敏信号传导等过程。
在材料科学中，时间分辨光谱可以用于研究光致发光、载流子动力学和光催化等过程。
在化学中，时间分辨光谱可以用于研究光化学反应、能量传递和电子转移等过程。
总之，时间分辨光谱是一种强大的实验技术，可以为我们提供关于物质内部过程的动力学信息，有助于深入理解各种物理、化学和生物过程。
单光子计数实验报告
引言：单光子计数实验是现代光子学研究中一项重要的技术手段，可以用于精确测量光子的数量和计数。
本文是对单光子计数实验的进一步探索和研究的报告，主要介绍了实验的设备和方法，以及实验过程中所遇到的问题和解决方法。
通过这些实验数据和分析结果，我们可以对单光子计数实验的原理和应用有更深入的了解，为相关研究和技术应用提供参考。
正文内容：一、实验设备和方法1.实验装置：我们采用了型光子计数器作为主要的实验装置。
该光子计数器具有较高的计数精度和稳定性，可以实现单光子计数和时间分辨测量。
2.实验光源：为了获得单光子信号，我们使用了一台型激光器。
该激光器可以发射高稳定度和窄脉冲宽度的光子，适用于单光子计数实验。
3.实验样品：我们选择了一种具有较高荧光量子效率的荧光物质作为实验样品。
通过调节样品的浓度和吸光度，我们可以控制单光子计数的强度和分布。
4.实验控制系统：为了实现精确控制和数据采集，我们采用了一个先进的实验控制系统。
该系统可以实时监测光子计数器的计数和时间，以及控制实验参数的设置。
二、实验过程和数据分析1.实验准备：在进行实验之前，我们需要对实验装置和控制系统进行校准和调试，确保实验的准确性和可靠性。
3.数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以得到单光子计数的数据分布和统计特性。
在数据分析过程中，我们采用了一系列数学方法和统计模型，例如：泊松分布，高斯分布等等。
4.结果验证：为了验证实验结果的可靠性，我们进行了重复实验，并与模拟结果进行对比分析。
通过小概率事件的比较和实验误差的评估，我们可以确定实验的可信度和准确性。
5.实验拓展：在实验过程中，我们遇到了一些问题和挑战，例如：背景光噪声的影响，光子计数器的非线性等。
通过改进实验方法和技术手段，我们不断优化实验流程，并获得了更精确和可靠的实验结果。
三、实验结果和讨论1.单光子计数分布图：我们通过实验数据和分析，得到了单光子计数的分布图。
该分布图呈现出明显的峰值和尾部，符合光子计数的统计特性。
时间相关单光子计数法测量荧光寿命-2011
时间相关单光子计数法测量荧光寿命（一）实验目的与要求目的：1、了解时间相关单光子计数法测量荧光寿命的原理和方法2、学习时间相关单光子计数荧光光度计的使用方法要求：1、掌握时间相关单光子计数法测量荧光寿命的原理；2、理解荧光寿命测量在物质定性及定量分析中的应用；3、了解时间分辨荧光光光度计的基本组成，各部件的作用；4、学习利用Origin软件处理实验数据。
（二）实验原理1 时间相关单光子计数器工作原理TCSPC（Time-Correlated Single Photon Counting）是目前主要应用的荧光寿命测定技术。
1975 年由PTI(Photon Technology International) 公司首先商品化，此外，Edinburgh Instruments、IBH、HORIBA 等公司也在生产基于TCSPC 的时间分辨荧光光谱仪。
TCSPC 的工作原理如图1 所示，光源发出的脉冲光引起起始光电倍增管产生电信号，该信号通过恒分信号甄别器1 启动时辐转换器工作，时幅转换器产生一个随时间线性增长的电压信号。
另外，光源发出的脉冲光通过激发单色器到达样品池，样品产生的荧光信号再经过发射单色器到达终止光电倍增管，由此产生的电信号经由恒分信号甄别器2 到达时幅转换器并使其停止工作。
这时时幅转换器根据累积电压输出一个数字信号并在多道分析仪(Multichannel Analyzer) 的相应时间通道计入一个信号，表明检测到寿命为该时间的一个光子。
几十万次重复以后，不同的时间通道累积下来的光子数目不同。
以光子数对时间作图可得到如图2 所示直方图,此图经过平滑处理得到荧光衰减曲线。
图1 TCSPC 的工作原理简图图2 时间相关单光子计数2 荧光寿命及其含义假定一个无限窄的脉冲光(δ函数) 激发n 0个荧光分子到其激发态，处于激发态的分子将通过辐射或非辐射跃迁返回基态。
假定两种衰减跃迁速率分别为Γ和k nr ，则激发态衰减速率可表示为)()()(t n k dtt dn nr +Γ-= 其中n (t ) 表示时间t 时激发态分子的数目，由此可得到激发态物种的单指数衰减方程。
5. 组织光学特性参数测量方法与技术
组织光学特性参数测量原理和方法朱2生物组织光学特性参数测量分类光的收集典型测量方法主要内容3组织特性的光学描述吸收系数μa (mm -1)散射系数μs (mm -1)各向异性因子g约化散射系数μ′s (mm -1)衰减系数与穿透深度 折射率n4吸收系数与散射系数吸收系数μa [m -1]：光子在无限小距离ds 运动时被吸收的几率，其倒数表示光子在介质中被吸收前所走过的平均距离散射系数μs [m -1]：光子在无限小距离ds 运动时，被散射的几率，其倒数表示光子在介质中被散射前所走过的平均距离5各向异性因子单次散射模式非对称性的量度反映的是散射光在不同方向的分配情况g ⎯⎯(-1~1)g=0各向同性散射g=1高度的前向散射g=-1高度的后向散射6约化散射系数在远离边界与光源的表况下常用一个参数来描述光子的散射特性____约化散射系数s sg μμ)1(−=′约化衰减系数与约化穿透深度有效衰减系数与有效穿透深度]s g μ)−tr μ1=eff μδ1=8组织光学特性参数的物理意义生物组织的吸收特性反映的是组织原子能级结构性质散射系数及各向异性因子则由组织原子能级的电磁性质或折射率及其分布决定9组织光学特性参数的测量方法从组织所处的状态： 在体测量、离体测量从测量理论的角度： 直接测量、间接测量从测量技术的角度：稳态、时域、频域10从测量理论的角度 直接测量强度的测量光通量测量间接测量非迭代测量迭代测量Beer LawOptical property μtDiffusion solution Inverse modelOptical property μeff δ)exp(z eff μ−kmOptical properties A KM S KMDirect K-M calculation()km km S x A 1−=dddR TR x 2122−+=Optical properties S KMs μagμs μa s S g `)1(χμ=−Beer law or phase function μ′μa μs g从测量技术的角度稳态：连续强度频域：强度调制时域：时间分辨稳态测量光通量测量透射测量反射测量透射+反射测量17透射测量准直透射测量薄样品探测器厚样品－远距离积分球；漫透射测量漫透射：近距离用积分球；距离－探测18反射测量漫反射测量反射点扩散测量R（r）（光纤阵列）距离－探测：added absorber斜角点扩散函数积分球反射模式的激光共焦扫描方法19漫反射与漫透射测量双积分球一次测量：同时获得反射与透射单积分球分次测量：反射与透射2021Collection of lightAperturesSimple aperture to collect collimated laser beamSimple aperture to collect restricted solid angle of light Aperture of an integrating sphereOptical fiberIsotropic collector22Collection by an aperture An aperture to collect collimated light.P = 1 W, a = 0.5 mm and w o = 0.5 mm.P collected = P(1 -exp(-2a 2/w o )) = P(1 -1/e2) = 0.632 P = 0.632 [W].23An aperture to collect a limitedsolid angle of light24Collection by an optical fiberacceptance angle:25Aperture of integrating sphere26A broad beam of uniform irradiancePcollected= EA = (1 W/cm2)(0.785 cm2) = 0.785 [W].Pcollected= (1 W/cm2)(0.785 cm2)(cos(50°)) = 0.505 [W].θcosEAPcollected=27Solid angle of collection28Collection by an isotropiccollector29Calibration(ln 1N d a a =μ吸收样品p (cosθ)ln()f b P P z=Λ结合光通量绝对测量－－吸收系数与约化散射系数()142P r effπμμ⎞⎜⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=Φidr −1应用：特定生色团的漫反射光谱测量总的漫反射测量3536tissue⎥⎥⎦⎤⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+′+−−2222121121r e r z r e reff b s r eff eff μμμμ()22221r z r b s ++′=μ⎥⎦⎤⎟⎟⎠⎞⎝+′b sz 2μ2re effρμ−()⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++′01log log r a eff s μμ38局部漫反射测量系统( a )( c )( b )Pre-Amp &signal processingPCSampleFiber probe1.25mmLED Controldetectorsource0.125mmDetectors3/25/20(4)exp(4a Dc z t ct Dctπμ−−−−G ln (,)a R t c dt ρμ=−a t c μρ+104(12max 2222524a c t Dct ρμ−−+频域漫反射测量对光源进行高频调制，进入组织中的光形成有确定幅度和相位的扩散光子密度波。
皮秒时间相关单光子计数光谱仪的研制
光谱仪系统集成之后 ,为了测试系统的性能指 标 ,利用各种标准样品进行了实际测试 。结果表明 , 仪器不仅能够从光谱分辨的角度进行测量 ,而且能够 测量时间分辨光谱 ;测量条件可以为光致发光 ,也可 以是电致发光 ;测量荧光寿命的时间尺度是 ps、ns、μs 甚至更长 ,数据处理软件可以对数据进行单指数 、多 指数衰减拟合 。 实验采用标准样品藻红 B 、硫酸奎宁等作为光致 发光样品 。以藻红 B 为例 ,其荧光寿命曲线如图 2 所 示 ,荧光寿命为 81. 9 ps。 电 致 发 光 样 品 为 光 电 子 器 件 ( TPD) , 结 构 为
光 电 子 ·激 光
第 15 卷 第 1 期 2004 年 1 月 J ournal of Optoelectronics·L aser Vol. 15 No. 1 Jan. 2004
皮秒时间相关单光子计数光谱仪的研制 3 Ξ
张秀峰1 3 , 宋克菲2 , 赵海波3 , 韩炳冬1 , 林久令1
Ξ 收稿日期 :2003206220 修订日期 :2003208231 3 E2mail :zhxf1220 @sohu. com
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
∫max
光电子平均数为 0. 01 , 所以 < λ(θ) dθ > ν 1 。 0
(4) 式简化为
Pf ( t) ≈ < λ( t) >
(5)
根据 (2) 式λ(t) =αI (t) 得
Pf ( t) ≈ < λ( t) > = α < I ( t) > (6) 式中 < I ( t) > 为平均光强 ,在[ t0 , t max ] 区间为超快 速变化荧光光场衰变曲线 。所以只要测得单个光电子
【国家自然科学基金】_约化散射系数_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 雅克比矩阵标定 遗传算法 近红外 脑组织 组织光学 约化散射系数 热凝固监控 漫反射光谱 模拟胶 时域 悬乳液 图像分割 光学断层成像 光学乳腺层析成像
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6
2011年 科研热词 频域漫射层析成像 蒙特卡罗模拟 有效探测区域 宫颈癌 医用光学 内窥式 推荐指数 1 1 1 1 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
科研热词 约化散射系数 吸收系数 鲜红斑痣 高光谱 频域漫射层析成像 近红外 血氧饱和度 皮肤组织 激光技术 激光后向散射图像 漫射近似理论 漫射近似 漫反射光谱 混合漫射近似 无创监测 成分分析 宫颈癌 复杂混合溶液 叶绿素相对含量 叶绿素 反射光谱曲线 内窥式 光学参数反构 光动力治疗 p3近似 monte carlo
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 成像系统 稳态测量模式 扩散光学层析成像 医用光学 区域图像重建 功能影像重建 光学参数分区均匀 乳腺肿瘤早期诊断 三维时域扩散光学层析
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 积分球 吸收和散射特性 人良性前列腺增生组织 组织光学 钛宝石激光 辐射传输方程 约化散射系数 球bessel函数 热凝固 热作用 最小二乘优化 时间相关单光子计数 时间分辨反射测量 扩散方程 心肌组织 吸收系数 反向倍增法 参数变异法 医用光学与生物技术 光学特性 p3近似 ktp/nd:yag激光
关于生物医学光子学复习题答案
生物医学光子学复习题以下答案为本人根据上课PPT与自己理解所写，无法保证答案的完全正确，如果发现错误希望可以修改后上传，方便大家1.Biophotona)生物体的超弱发光有哪些基本特性？它与哪些生命活动相关？为什么利用生物体的超弱发光能够用于疾病的诊断？答：生物体超弱发光基本特性（1）普遍性，即所有生物组织样品中都有。
（2）发光强度弱，每秒的强度为1e-7W。
（3）谱特征，连续分布无特征峰。
（4）高敏感，对生物组织内部和外部。
（5）来源于生物分子的能级跃迁。
相关的生命活动：细胞分裂，细胞死亡，光合作用，氧化作用，解毒过程，肿瘤发生因为其反映了细胞内与细胞间的信息传递，功能调节等重要的生命活动，因此可以b)为何生物的超弱发光? 它与哪些生命活动相关？答：生物分子在代谢等相关生命活动中产生能级跃迁，退激发光。
c)为何“代谢发光”或者“相干机制”答：代谢发光机制：由于呼吸链上固有的“能力学缺陷”而引起了偶发的电子泄露，产生了氧化自由基，然后在反应中的激发态分子退激发光。
主要与生物的有氧呼吸有关。
相干机制：产生于一个高度相干的电磁场，从而诱发或自发发光。
DNA被认为是生物体内一个主要的相干源，主要与生物的细胞分裂有关。
d)针对超微弱发光的检测，有哪些测量技术，分别说明其测量原理。
答：单光子计数技术，主要通过光电倍增管来检测生物发光强度时域的信号。
二维或三维单光子成像检测技术，主要有微通道板像增强器为主的图像探测系统。
具有二维光子检测能力，可同时获得时域和空间的信息。
光谱分辨和时间分辨的功能检测系统。
e)超弱发光有哪些应用？超弱发光的医学应用?? 反映体内生理状态?? 荷瘤前后（病变－－正常）?? 心博停止前和心博停止后?? 疾病诊断及愈合评价?? 血液的超弱发光?? 尿液?? 在法医上的应用用于死亡时间的推测?? 临床死亡（心跳停止）后?? 生物学死亡（细胞性死亡）?? 推断损伤时间、形状、程度及伤口愈合时间?? 损伤与恢复程度与超弱发光有依赖性生物超弱发光在农业上的应用?? 选择最佳施用农药的剂量和时间?? 主要应用于选种?? 品质评价?? 种子分类?? 抗性研究生物超弱发光在环境监测的应用?? 废水、废液、工业污水中重金属及致病菌的检测：生物超弱发光要比传统的化学分析方法灵敏度高得多。
单光子计数实验
图1 光电倍增管的工作原理图 单光子计数实验现代光测量技术已步入极微弱发光分析时代。
在诸如生物微弱发光分析、化学发光分析、发光免疫分析等领域中，辐射光强度极其微弱，要求对所辐射的光子数进行计数检测。
对于一个具有一定光强的光源，若用光电倍增管接收它的光强，如果光源的输出功率及其微弱，相当于每秒钟光源在光电倍增管接收方向发射数百个光子的程度，那么，光电倍增管输出就呈现一系列分立的尖脉冲，脉冲的平均速率与光强成正比，在一定的时间内对光脉冲计数，便可检测到光子流的强度，这种测量光强的方法称为光子计数。
[实验目的]1、了解光电倍增管及光子计数工作原理。
2、掌握GSZF-2A 单光子计数实验系统的操作。
3、了解光子计数在实际工程中的应用。
[实验原理]1．电倍增管的工作原理。
光电倍增管是一个由光阴极、阳极和多个倍增极(亦称打拿极)构成的特殊电子管。
它的前窗对工作在可见光区及近紫外区的用紫外玻璃：而在远紫外区则必须使用石英。
(1)光阴极：光阴极的作用是将光信号转变成电信号，当外来光子照射光阴极时，光阴极便可以产生光电子。
产生电子的多少与照射光的波长及强度有关。
当照射光的波长一定时，光阴极产生光电流的强度正比于照射光的强度，这是光电倍增管测定光强度的基础。
各种不同的光电倍增管具有不同的光谱灵敏度。
目前很少用单一元素制作光阴极，常用的有AgOCs 、Cs3Sb 、BiAgOCs 、Na2KSb 、K2CsSb 等由多元素组成的光阴极材料。
(2)倍增极：倍增极也称打拿极，所用的材料与阴极相同。
倍增极的作用实质上是放大电流，即在受到前一级发出的电子的打击后能放出更多的次级电子。
普通光电倍增管中倍增极的数目，一般为11个，有的可达到20个。
倍增极数目越大，倍增极间的电位降越大，PMT 的放大作用越强。
(3)阳极：大部分由金属网做成，置于最后一级打拿级附近，其作用是接受最后一个倍增极发出的电子。
但接受后，不象倍增极那样再射出电子，而是通导线以电流的形式输出。
时间相关单光子计数
时间相关单光子计数
时间相关单光子计数（Time-resolved single photon counting）简称TRSPC，是现代光子探测技术中最重要的技术之一。
它是单光子探测器能够全光子计数的发展结果，允许单光子级别的分辨率获得时间信息。
TRSPC的创新性在于它的时间分辨率能够达到几乎和物理限制相吻合的精度，从而可以实现对非常快、非常慢甚至非常弱的信号的检测。
当前，TRSPC的应用还处于初级阶段，但是它仍然能够以提供从电荷转移到化学反应的实时动力学过程等更多勘探信息为潜在优势，无论是在医学研究还是生物研究都将发挥巨大的作用。
TRSPC特有优势：
1、强大的时间分辨率。
与经典技术相比，TRSPC能够实现对光子瞬间发生的活性事件的快速检测，因此具有极其精准的时间分辨率；
2、极高的信噪比。
TRSPC可以快速、准确地检测弱信号，抑制固有噪声；
3、宽范围的信号检测范围。
由于有不同的采样分辨率，TRSPC可以满足不同的信号检测要求，满足信号强度和时间分辨率的各种组合；
4、高性价比。
由于TRSPC的方法不需要复杂的功能仪器，以及处理
得当的数字化设备，可以显著降低检测成本。
因此，TRSPC是现代光子探测器技术中最具区别性的技术之一。
它无论是在医学研究、生物技术或其他领域，都能够提供更加准确、更加丰富的实时检测信息，与对已有的经典技术不同，能够有效解决复杂的实验过程中的挑战，从而满足用户需求。
单光子计数技术的理论和应用研究
单光子计数技术的理论和应用研究单光子计数技术是一种非常重要的技术，它可以用于很多领域，例如量子信息、光学成像、生物医学等等。
本文将介绍单光子计数技术的理论和应用研究，并从几个方面详细探讨单光子计数。
一、单光子计数技术的基本理论单光子计数技术是一种非常精密的技术，它需要一些基本的理论作为支撑。
首先，需要知道光子是什么。
光子是电磁波量子化后的结果，具有粒子性质。
此外，需要了解一些光学原理，例如干涉、衍射、偏振等等。
在单光子计数技术中，常用的器件包括单光子计数器、光子降噪器、光子纠缠源等等。
这些器件都能够有效地帮助实现单光子计数技术。
二、单光子计数技术在量子信息中的应用量子信息是一种非常重要的信息处理方式，单光子计数技术则是量子信息的重要组成部分。
单光子计数技术可以用于量子密钥分发、量子比特读取、量子态制备等等。
例如，在量子密钥分发中，需要验证光子是否为单个光子，这就需要单光子计数技术。
此外，还可以利用单光子计数技术实现远距离量子通信。
三、单光子计数技术在光学成像中的应用单光子计数技术也可以用于光学成像。
单光子计数技术可以实现非常高的分辨率，因此在超分辨率成像领域有着广泛的应用。
例如，在生物医学成像领域，单光子计数技术可以用于显微镜成像，可以有效地观察到生物体内的微小结构和细胞器等等。
此外，单光子计数技术还可以用于表面等离子共振成像、荧光共振能量转移成像等等光学成像技术中。
四、单光子计数技术在生物医学中的应用单光子计数技术在生物医学中的应用也非常广泛。
例如，在纳米生物医学领域中，单光子计数技术可以实现非常高的灵敏度，可以有效地检测生物分子、细胞等等。
此外，单光子计数技术还可以应用于荧光分子显微技术、分子影像学等等。
它们都需要高灵敏的光学检测技术，单光子计数技术则是一种非常好的选择。
五、单光子计数技术的发展趋势随着技术的不断发展，单光子计数技术的应用领域也在不断扩展。
未来，单光子计数技术将会被应用于更多领域，例如光学量子计算、光学量子模拟等等。
时间相关单光子计数
的时间。由TAC将此时间成比例
的转化为相应的电压脉冲，再将
此电脉冲通过AD转换通入多通
道分析器[3]，在多通道分析器中,
这些输出脉冲均依次送人各通道
中累加贮存。就获得了与原始波
形一致的直方图。在某一时间间
隔内检测到光子的几率与荧光发
射强度成正比例, 重复多次测量
得到荧光强度衰变的规律。
4. 电子和质子传递与荧光寿命的关系。
5. 光动力学治疗的相关研究.
6. 金属纳米颗粒结合后，荧光染料的辐射衰减速率和
光稳定性得到增强。
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23
扩散光学层析成像（DOT）
1. 什么是扩散光学层析成像？
2. 基本原理是什么？
3. 主要应用有那些？
4. 优点
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24
什么是扩散光学层析成像
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6
TCSPC 实验方框图[3]
纳秒闸控
放电灯
激光
单色仪
荧光
单色仪
样品
光电
倍增管
光电
倍增管
放大器
放大器
甄别器
延时器
ＳＴＯＰ
ＳＴＡＲＴ
ＴＡＣ
甄别器
A/D
计算机
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多通道
分析仪
显示器
7
TCSPC 经典工作方式[1]
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8
TCSPC原理及原理图[2]
基本原理：用一个窄光脉冲激发
样品, 然后检测样品所发射的第
[4]房喻.荧光寿命测定的现代方法与应用[J].化学通
报,2001,64(10)
[5]刘立新,屈军乐,林子扬等.荧光寿命成像及其在生物医学
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（ｏｅ ｅ ｆ ｒ ｉｏ ｓ ｕ ｅ ｔ ｎ ｐ 一 ｌ ｔ ｎ ｓＥ ｇ ｅ ｒｇ Ｔａｊ ｎ ｅ ｉ， ｉ ｊ ００ ２ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌｇ ｅ ｓ ｎ ｎｔ ｍ ｎ ａｄＯ ｔ ｅ ｃ ０ｉ ｎｉ ｅｉ ， ｉ ｉＵ ｉ ｒｔ Ｔａ ｉ３ ０７ ， ｈ ａ ｌ ｏＰ ｃｉ Ｉ ｒ ０ ｅｒ ｃ ｎ ｎ ｎｎ ｖ ｓｙ ｎｎ ｎ
利 用 激光 临床 观 察 生 物 组 织 体 吸 收 和 散射 等 的 变 化 ， 并
率 。对 于 输 入 脉 冲来 说 。 Ｐ 从 ＭＴ输 出 的 脉 冲 具 有 很 大 的 随 机
由此 测 量这 些 参 数 。 生 物 医学 成 像 ［ 诊 断 中具 有特 别重 要 在 １ ｌ 和
的 意义 。而 生 物 组 织对 ６ ０ １２０ ｍ 波 段 的 可见 光 与 近红 外 ５ ～ ０ ｎ
ｔ ｓ ｅ ａ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｉ ａ ｉ ｒｎ ｉ ｌ， ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔｏ ｓａ ｐｙ ｎ ｅｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ｉ ｕ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ， ｎ ｌ ｄ ｎ ｓｂ ｓｃ ｐ ｃｐ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｎ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｍｅｈ ｄ ｐ ｌｉ ｇ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｓ ｔ ｉ ｏｌ ｈ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｇｅ ｐ ｏｏ ； ｉ － ｅ ｏｖ ｄ ｏ ｔ ａ ｐ ｐ ｒ ； ｉｌ ｇｃ ｉｓ ｅ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｃ ｅ ｉ ｉｎ ； ｃ ｔ ｒ ｇ ｃ ｅ ｃｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｌ ｈ ｔ ｎ ｔ ｎ ｍｅ ｒ ｓ ｌ ｅ ； ｐ ｉ ｌ ｒ ｅｔ ｂｏ ｏ ｉａ ｔｓｕ ； ｂ ｏ ｐ ｉ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｓ ａ ｔｉ ｏ ｆ ｉｎ ｃ ｏ ｙ ｌ ｏ ｅｎ ｉ
文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ３ ８ ６ （０ ７ ０ — ０ ４ ０ １０ — ８ ８ ２ ０ ）４ ０ ２ — ２
Байду номын сангаас
理、 系统 组 成 以及 利 用该技 术测 量 生 物 组 织 体光 学参 数 的 常 用 方 法 。
关键词
中 图分 类 号 ：Ｈ７ ３ ３ ８ Ｔ ７ ； １ Ｒ
２ 时 间相 关 单 光子 计 数 测 量 系统 组成
的 早期 诊 断 ［ 。 目前 ， ３ １ 等 已经 发 展 起 来 的 利用 近红 外 光 测 量 生
物 组织 体 光 学 参 数 的 方 法 主 要 有 ： 续 光 法 嗍 频 域 法 、 间分 连 、 时 辨 法 。本 文 主要 介 绍 时 间 分 辨 法 中 的时 间相 关 单 光 子 计 数 法 的 基本 原 理 、测 量 系 统 的 组 成 以及 该 系统 应 用 于 确 定 生 物 组 织体 光 学 参 数 的 常用 方 法 。
曲 线顶 点所 对 应 时刻 的几 率 更 大 一 些 。 当时 间 原 点 被 准 确 确
定 后 ， 一 个 电子 脉 冲 相 对 于 原 点 的 时 间 被确 定 。 一 定 的测 每 在 量 时 间 内 ，不 同 的 电子 脉 冲按 照 它 们 到 达 时 刻 的 不 同 被 分 别 累计 到 不 同 的时 间通 道 内 ．从 而 得 到 与 输 入 的 原 始 波 形 一 致 的直 方 图 。
Ｄｅ ｅ ｔｏｎ ｆ ｔｃ ｌ ｒ ｅ ｔｅ ｆｂ ｏｌ ｇｉａ ｉｓ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｅ ｃ ｒｅ ａ ｅ ｔ ｃ ｉ ｏｒ ｏｐ ｉａ ｏｐ ｒｉｓ ｏ ｉ ｏ ｃ Ｉ ｓ ｕ ａ ｅ ｎ ｔｍ — ｏ ｒ ｌｔ ｄ ｐ ｔ ｓ ｎ ｌ — ｈ ｔ ｏ ｔｎ ｅ ｈｎ ｏ ｙ ｉ ｇ ｅ ｐ ０ ０ｎ ｃ ｕｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｏｌ ｇ
光 所 呈 现 的 窗 口特 征 。使 完 全 无 损 手 段 测量 组 织 体 内光 学 参 数 成 为 可能 ， 广 泛应 用 于 生理 和病 理 研 究 中 ， 括 测 定 血 氧 可 包
和 肌 氧 的含 量 ， 视新 生儿 脑 部 供 氧 状 况１ 监 ２ ］ 妇 女 乳 腺 肿 瘤 以及
维普资讯
一
综
述
时问相关单光子计数法测量生物组织光学参数
覃 东利 马 蕉 高 峰
（ 津 大 学 精 密仪 器 与 光 电 子 工程 学 院 天 津 市 天 摘要 ３０７） ００ ２
探 讨 了 目前 普 遍应 用 于测 量 生物 组 织 光 学 参数 的 时 间相 关 单 光 子计 数 检 测 技 术 ．详 细 阐述 了该 技 术 的 基 本 原 单光 子 ； 间分 辨 ； 学参 数 ； 物 组 织 ； 收 系数 ； 射 系数 时 光 生 吸 散
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｓｕ ｓｏ ｍｅ ｃ ｒｅａ ｅ ｉ ｇ ｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｆｒｏ ｔ ａ ｐ ｏ ｅｔ ｓ ｏ ｉｌｇ ｃ ｓ ｒ ｃ Ｓ ｍｅ ｉｓ ｅ ｆ ｉ － ｏ ｒ ｌｔ ｄ ｓｎ ｌ － ｈ ｔ ｎ ｃ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆｒｄ ｔ ｃｉ ｐ ｉ ｌ ｒ ｐ ｒｉ ｆ ｏｏ ｉ ａ ｔ ｎ ｏ ｏ ｃ ｅ ｂ ｌ
１ 时 间相 关 单光 子 计 数 基本 原 理
基 于 时 间 相 关 单 光 子 计 数 测 量 系统 的 组 成 如 图 ２所 示 ，
性 。这 就 意 味 着一 方 面 在 Ｐ Ｔ的 １ 输 入 脉 冲 周期 内有 时 可 Ｍ 个
以 探 测 出 １ 电脉 冲 ， 时 探 测 不 到 ； 一 方 面 ， 出 的 电 子 个 有 另 输 脉 冲 可 能位 于时 间扩 展 曲线 的任 意 时 间 ， 当然 ． 于 时 间 扩 展 位